Genomic convergence underlying high‐altitude adaptation in alpine plants

收敛演化 生物 适应(眼睛) 基因组 多叶的 进化生物学 基因 遗传学 系统发育学 植物 神经科学
作者
Xu Zhang,Tianhui Kuang,Wenlin Dong,Zhihao Qian,Huajie Zhang,Jacob B. Landis,Tao Feng,Lijuan Li,Yanxia Sun,Jinling Huang,Tao Deng,Hengchang Wang,Hang Sun
出处
期刊:Journal of Integrative Plant Biology [Wiley]
卷期号:65 (7): 1620-1635 被引量:25
标识
DOI:10.1111/jipb.13485
摘要

Evolutionary convergence is one of the most striking examples of adaptation driven by natural selection. However, genomic evidence for convergent adaptation to extreme environments remains scarce. Here, we assembled reference genomes of two alpine plants, Saussurea obvallata (Asteraceae) and Rheum alexandrae (Polygonaceae), with 37,938 and 61,463 annotated protein-coding genes. By integrating an additional five alpine genomes, we elucidated genomic convergence underlying high-altitude adaptation in alpine plants. Our results detected convergent contractions of disease-resistance genes in alpine genomes, which might be an energy-saving strategy for surviving in hostile environments with only a few pathogens present. We identified signatures of positive selection on a set of genes involved in reproduction and respiration (e.g., MMD1, NBS1, and HPR), and revealed signatures of molecular convergence on genes involved in self-incompatibility, cell wall modification, DNA repair and stress resistance, which may underlie adaptation to extreme cold, high ultraviolet radiation and hypoxia environments. Incorporating transcriptomic data, we further demonstrated that genes associated with cuticular wax and flavonoid biosynthetic pathways exhibit higher expression levels in leafy bracts, shedding light on the genetic mechanisms of the adaptive "greenhouse" morphology. Our integrative data provide novel insights into convergent evolution at a high-taxonomic level, aiding in a deep understanding of genetic adaptation to complex environments.
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